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淺議工業蒸汽鍋爐熱工燃燒自動控制
論文關鍵詞：蒸汽鍋爐：熱工燃燒；自動控制論文摘要：鍋爐生產是一個復雜的控制調節過程，是多輸入多輸出、多回路、非線性的相互關聯的對象，目前控制理論尚難以妥善解決對其的控制問題，其模型仍是半經驗性的，本文就熱工燃燒自動控制進行一些論述。
1熱工調節
鍋爐熱工系統由給水系統、蒸汽系統、煙氣系統、風系統等部分組成。工業鍋爐熱工燃燒控制系統實質是針對這幾個系統的運行過程進行自動控制，其主要控制回路：鍋爐汽包水位自動控制和鍋爐燃燒自動調節系統兩部分。
1.1 鍋爐汽包水位自動調節
鍋爐汽包水是正常運行主要指標之一，汽包水位是一個十分重要的調節參數。由于汽包水位在鍋爐運行中占居首要地位，所以鍋爐自動化都是從給水自動調節開始的。
大于4t/h的鍋爐，必須裝設給水自動調節裝置。給水自動調節的任務，是使給水量跟蹤鍋爐蒸發量并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內。鍋爐汽包水位的自動調節，是根據汽包水位的動態特性來設計的。引起水位變化的因素很多，但主要是給水量和蒸發量的階躍變化，調節器就是依據水位信號、蒸汽流量和給水流量的偏差信號進行調節的。為保證鍋爐運行安全，給水自動調節系統應選用可靠性較高的儀表和自動調節系統。
20t/h以上的蒸汽鍋爐，一般采用三沖量鍋爐汽包給水自動調節系統。三沖量鍋爐汽包給水自動調節系統是以汽包水位為主調節信號，蒸汽流量為調節器的前饋信號，給水流量為調節器的反饋信號組成阿調節系統。由于采用蒸汽流量信號對給水流量進行前饋調節，克服外擾影響，用給水流量信號作為反饋信號，克服內擾影響，使給水調節質量波動幅度得到大大提高。
裝有三沖量給水自動調節裝置的鍋爐在運行時，由于引進了蒸汽流量和給水流量的調節信號，調節系統動作及時，抗干擾能力強，當蒸汽負荷突然發生變化，蒸汽流量信號使給水調節閥一開始就向正確方向動作，即如蒸汽流量增加，給水調節閥開大。抵銷了由于虛假水位引起的反向動作，減少了給水流量的波動幅度，如果給水流量減少，則調節器立即根據給水流量減少的信號開大給水閥門，使給水流量維持不變。
1.2 鍋爐燃燒的自動調節
容量較大的鍋爐，根據節能和自動化水平的需要以及維護水平和允許時，可設置鍋爐燃燒自動調節系統。
鍋爐燃燒系統自動調節的基本任務，是使燃料燃燒所產生的熱量，適應蒸汽負荷的需要，同時還要保證燃燒和鍋爐的安全運行。調節的內容有三個，即維持蒸汽母管壓力不變；保持鍋爐燃燒的經濟性；維持爐膛負壓在一定范圍內。這三項調節任務是相互關聯的，它們可以通過調節燃料量、送風量和引風量來完成。對于燃燒過程自動調節在負荷穩定時，應使燃燒量、送風量和引風量各自保持不變，及時地補償系統內的內部擾動，這些內部的擾動包括燃料的質量變化，以及由于電網頻率變化引起燃料量、送風量、引風量的變化等。在負荷變化的外擾作用時，則應使燃料量、送風量和引風量成比例的改變，既要適應負荷要求，又要使三個被調量：蒸汽壓力、爐壁負壓和燃燒經濟性指標保持在允許的范圍內。
2 微型在鍋爐熱工燃燒自動控制上的應用
2.1 鍋爐微機自動調節
2.1.1 汽包水位的自動調節
工業鍋爐汽包水位使正常運行的重要環節，水位過高會影響汽包的汽水分離，產生蒸汽帶液現象，水位過低又會影響鍋爐的汽水自然循環，如不及時調節就會使汽包水全部氣化，可能導致鍋爐燒壞和發生爆炸事故。鍋爐汽包水位不僅受給水量（進量）和蒸發量（出量）之間平衡關系的影響，同時還受到汽水循環管路，汽水容積變化影響，還有燃料量的變化，汽包壓力的變化，給水、蒸汽量的擾動等諸多因素對水位均會產生影響。在手動狀態下除采用DDZ－Ⅲ型儀表進行三沖量水位自動調節外，還在微機自控系統中采用三沖量汽包水位微機自動調節方式。三沖量微機調節系統的設計思想就是分析了影響水位調節對象動態特征的基礎上，根據汽包水位這一調節對象有一定的延遲和慣性特點，即在蒸汽流量、給水量發生階段變化時，調節對象不可能立即跟著做相反方向的變化，尤其在蒸汽流量發生階段變化時，汽水容積跟著做相反方向的變化，造成“虛假水位”現象。
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另一方面分析了采用DDZ－Ⅲ型儀表所組成的調節系統對出現的“虛假水位”所采取的措施達不到滿意的效果，而采用微機利用其運算功能特長，以PID調節規律為其控制方法基礎，再加上對“虛假水位”的判斷程序，選擇適當的延時環節，進行壓力補償、壓差補償運算，就能解決好水位調節這一關鍵任務。2.１.２鍋爐燃燒系統的自動調節
鍋爐燃燒系統主要有汽包壓力、蒸汽流量、鼓風量、給煤量、爐膛負壓、煙氣含氧量六個參量組成，調節的目的就是使燃燒所產生的熱量適應蒸汽負荷的需要，需同時：（1）保證母管蒸汽壓力維持不變；（2）保持鍋爐燃燒的型；（3）維持爐膛負壓在一定的范圍內。
為完成上述任務，鍋爐的微型調節系統采用了綜合自動調節方案，即：（1）根據出口壓力調節鼓風機變頻控制器頻率，從而改變鼓風量，并且汽包壓力及蒸汽流量換算的熱量信號進行精調，為保證出口蒸汽計算準確，引進了溫度和壓力補償；（2）根據最佳風煤比調節爐排轉速，也就是調節燃燒煤的供應量和進風量的比值，改變鍋爐燃燒的發熱量進而改變了鍋爐的蒸發量，并引進了殘氧（剩余空氣含氧量）信號加以修正，使鍋爐母管壓力保持在一定值內，還根據爐膛負壓調節引風機變頻控制器頻率，從而改變引風量，用微分信號進行超前調節，也就是說在負荷穩定時（蒸汽流量不變情況下）應使燃料量、送風量、引風量各保持不變；在負荷變動時（外干擾時）使燃料量、送風量、引風量成比例改變。根據以上要求，就可以確定燃燒系統微機控制方案，畫出系統框圖，充分利用微機計算程序，盡可能的代替儀表單元（如函數發生器、加減器、微分器、限幅器、濾波器等等）快速對各參數進行計算。
上面談了微機水位、燃燒兩個調節系統的原理，經過微機運算處理，其輸出信號經過D／A轉換裝置分別送到給水閥，鼓、引風機變頻控制器，爐排和煤機等執行機構，用計算機直接步進調節閥位、風量及轉速，這樣系統就能夠選擇最佳參數進行最佳調節。
2.２鍋爐微機檢測系統
1）可對汽包水位、給水流量、給水壓力、省煤器進口水溫車器出口水溫、省煤器進口煙溫、兩側省煤器出口煙溫、兩側空氣預熱器出口風溫、、兩側空氣預熱器出口煙溫、除塵器出口煙溫、除塵器出口煙壓、鼓引風風量、省煤器進口煙壓、省煤器出口煙壓、空氣預熱器出口風壓、蒸汽流量、空氣預熱器出口煙壓、蒸汽壓力、蒸汽溫度、爐膛溫度、爐膛負壓、給煤量、含氧量等現場信號巡檢采樣，汽包水位并具有彩色閉路監視裝置；2）給水閥位、各種風機頻率、爐排轉速等模擬量跟蹤信號巡檢采樣；3）各種閥位、鼓引風機、爐排電機、分煤器啟/停狀態及各個閉合調節回路的手動/自動等開關量信號巡檢采樣顯示；4）鼓、引風機變頻信號采樣。
2.３ 鍋爐熱工燃燒自動控制系統方案
鍋爐自動控制系統采用plc為主要控制元件，對鍋爐生產過程實現快速、準確的控制，從而達到節省、物力，提高鍋爐熱效率和節省能源的目的，而計算機作為監測顯示部分不參與到控制中去鍋爐自動控制系統在SPLC－9000系統硬件結構上采用多層網絡結構，共分三層。
測控層；采用高性能的PLC可編程序控制器組成，PLC上安裝有CPU模塊、I∕O模塊、通訊模塊，并可以靈活擴展。PLC內可以通過梯形圖進行程序編制，實現一臺PLC對多臺鍋爐的自動控制。通過遠程擴展方案，SPLC－9000系統還可以滿足距離較遠的多個控制室的集中控制。
操作層；采用IPC工控機作為現場工作站，現場工作主站和現場工作從站分別安裝在不痛的控制室內，提供畫面顯示和數據功能。考慮到PLC可靠性高，造價也高，而普通接口板可靠性較低、造價也低，為了提高監控系統的性能價格比，SPLC－9000系統同時提供可編程序控制器信號接入方式和接口板卡信號接入方式。系統的輸出控制工作有PLC獨立完成，工作站只負責提供給用戶修改參數的界面，并將用戶設定的控制參數下傳到PLC以調整控制效果。
管理層；采用普通計算機作為管理機，管理人員在遠離控制室的調度室里可以通過管理機看到現場工作站上顯示的畫面，調用工作站存儲的報表數據，完成數據的工作�？梢詫崟r準確的掌握鍋爐的運行狀態，做出合理的調度。
重要數據的采集、處理及控制全部由PLC完成，由于PLC是專為現場設計的，是真正的工業計算機，所以其可靠性大大高于普通接口板和模塊。PLC的模塊化結構和方便的擴展特性使系統配置靈活。上位機僅起到監視和管理的作用，如果接口板損壞或者工作站損壞，都不會影響到系統的自動控制�，F場監控從站和現場監控主站運行的軟件是相同的，只是在數據配置上有區別，不論那個站都可以查考到全部鍋爐的數據。
3.４ 效果分析
由于鍋爐系統的熱慣性大，負荷變化劇烈，操作人員只憑感觀參數控制鍋爐運行，隨意性很大，難以保證鍋爐運行的最佳狀態，而鍋爐熱工燃燒自動控制系統投運后，提高了鍋爐運行熱效率，煤層燃燒充分，排放污染物達標，能源利用率提高，減少人工手動方法控制鍋爐運行造成的能源浪費，節省人力、物力，降低運行，提高了鍋爐運行的可靠性。
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